Las proteínas que `resisten` a la sal

NOTA DE PRENSA
Portada en la prestigiosa revista científica PloS Biology:
Las proteínas que ‘resisten' a la sal
 Una investigación llevada a cabo en el centro vasco de investigación CIC
bioGUNE, y liderada por el Dr. Oscar Millet, descubre los fundamentos básicos
de la capacidad de adaptación de las proteínas a entornos de alta salinidad.
 El proyecto de investigación, que resuelve un enigma que sobrevolaba a la
comunidad científica desde hace unos 20 años, ha obtenido la portada de
diciembre de la prestigiosa revista PloS Biology.
 La investigación podría aportar una alternativa viable a la reducción de residuos
tóxicos, por ejemplo mediante el uso de la ingeniería enzimática en sustitución
de los catalizadores químicos en los reactores industriales.
(Bilbao, 14 de diciembre de 2009).- Un grupo de investigadores del centro de
investigación vasco CIC bioGUNE (www.cicbiogune.es), liderados por el Dr. Oscar
Millet, ha dado con la respuesta de uno de los enigmas que sobrevolaban en la
comunidad científica como es la extraña capacidad de adaptación de algunas
proteínas a medios hostiles y extremos, en concreto a entornos de alta salinidad; es
decir, este grupo de investigación ha descubierto el fundamento básico que explica
cómo y por qué estas proteínas consiguen sobrevivir y adaptarse en entornos
salinosos, lagos salados, etc.
Esta investigación ha obtenido la portada de la edición de diciembre de la prestigiosa
revista PLoS Biology, que se publicará mañana miércoles día 15.
La vida en la tierra exhibe una enorme capacidad de adaptación al medio, y los seres
vivos habitan hasta en los lugares más inhóspitos. Las arqueas halófilas son un grupo
de organismos unicelulares que viven en las salinas y los lagos salados (donde la
concentración de sal haría reventar las células). Para evitar el choque osmótico,
dichas arqueas equilibran la concentración de sal del interior de la célula con la del
entorno.
1 Para más información: Iñaki Gorostidi (637273729 / gorostidi@guk.es)
www.cicbiogune.es
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Debido a la alta salinidad del citoplasma celular, las proteínas constituyentes de dichos
organismos se han adaptado para permanecer plegadas y funcionales en estas
condiciones de elevada fuerza iónica. Como resultado de la evolución, la composición
de aminoácidos de las proteínas de estos organismos es muy característica: hay una
gran abundancia de residuos con carga negativa y una baja frecuencia de lisinas. Sin
embargo, se desconoce el mecanismo mediante el cual estos aminoácidos confieren
resistencia a la proteína frente a la sal.
Los investigadores que han desarrollado el proyecto se han valido de técnicas de alta
resolución de la Unidad de Biología Estructural de CIC bioGUNE, como la resonancia
magnética nuclear (RMN) y el dicroísmo circular, con una serie de proteínas (una
halófila, su homóloga mesófila y otra mesófila no relacionada) para establecer las
bases estructurales y termodinámicas del mecanismo de adaptación a ambientes de
alta salinidad.
En este sentido, se ha conseguido entender la relación entre la composición de
aminoácidos y la adaptación a la sal. En ambientes de alta salinidad la concentración
de agua se reduce y estos aminoácidos se acumulan en la superficie, minimizando las
interacciones con el agua.
El Dr. Oscar Millet muestra su gran satisfacción a la hora de valorar el alcance
científico de este descubrimiento, reconociendo que representa el “mayor logro” que
ha obtenido en su carrera científica. “Hemos contestado una pregunta difícil que
llevaba del orden de 15-20 años sin resolver”, afirma.
El enigma resuelto ha sido objeto de investigación desde hace años por parte de
muchos grupos de investigación de EE.UU e Israel, en este último caso por la
proximidad del Mar Muerto, ya que la inmensa mayoría de estos organismos se
extraen de lagos salados.
Según explica Millet, “hace cuatro años empezamos a trabajar en nuestro laboratorio
el efecto de la estabilidad con diferentes sales, el cloruro sódico, el cloruro potásico,
etc. Este era un interés muy básico. A partir de los primeros estudios de los diferentes
mutantes que habíamos obtenido de una proteína y teniendo en cuenta la bibliografía
existente, nos dimos cuenta de que existía este problema no resuelto. Establecimos la
hipótesis y a partir de ahí empezó el proyecto”.
A través de los datos de genómica se conocía esta composición 'característica' de
aminoácidos pero no se sabía cómo funcionaba. Las proteínas de los organismos
halófilos son las más ácidas de todas las que existen, es decir tienen una composición
muy particular, y esto suponía un pequeño enigma.
2 Para más información: Iñaki Gorostidi (637273729 / gorostidi@guk.es)
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“El punto de llegada es entender que se trata de la interacción con el disolvente, es
decir, que reduce la interacción con el medio acuoso. El agua es un solvente,
solubiliza. Si tienes una proteína en un entorno acuoso, el agua solubiliza la proteína.
Pero si tienes sal en el medio, el agua tiene que repartir su función: debe disolver la
sal y la proteína. Esto hace que la proteína tenga que perder contactos. Y esta
composición de aminoácidos permite perder contactos sin gran perjuicio para la
conformación y la estabilidad de la proteína. Es ahí donde está el kit de la cuestión”,
explica Millet.
Ingeniería enzimática de enzimas
La principal aplicación que puede tener este hallazgo científico es la ingeniería
enzimática de enzimas, porque, en opinión de Oscar Millet, en los bio-reactores se dan
“unas condiciones de escasez de agua parecidas a las que se pueden dar en entornos
salinos”.
En definitiva, su utilización sería factible en el ámbito de la biotecnología, es decir, el
uso industrial de sustancias biológicas que permiten cumplir los preceptos de la
‘química verde’ de reducir emisiones tóxicas e incluso pueden reducir la emisión de
gases efecto invernadero a la atmósfera en la medida que las técnicas empleadas
contribuyen a reducir la energía necesaria para realizar los procesos industriales.
“La utilización de enzimas en lugar de catalizadores químicos puede reducir mucho las
condiciones de temperatura y de presión en los reactores industriales, lo que quiere
decir que los residuos que se generan podrían reducirse. Los enzimas son
catalizadores, reducen las condiciones energéticas para la obtención de productos”,
opina Millet.
La aplicación de las enzimas a la biotecnología está limitada por la durabilidad de la
enzima. Normalmente son sustancias perecederas que al cabo de un breve tiempo
pierden actividad. “Una de las razones es porque están en un entorno no muy
hidratado. Si se pudiera introducir algunas de las modificaciones equivalentes a los de
las enzimas halófilos quizás no se perdería tanta actividad porque las modificaciones
están en la superficie, donde no está el centro activo y a la vez se podrían mejorar las
propiedades de adaptabilidad a ese entorno”, concluye Millet.
También habría una segunda aplicación, si bien más lejana, como es la
biotecnología de plantas para adaptarlas a entornos afectados por escasez de
agua, por efectos de grandes sequías, etc. “Si pudiéramos convertir un genoma
de una planta en un genoma de una planta adaptada halofílicamente, en
principio tendría menos requerimientos de agua, o podría regarse con agua
3 Para más información: Iñaki Gorostidi (637273729 / gorostidi@guk.es)
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salina. Ahora no tenemos la capacidad de modificar un genoma entero. Si
existiese esa posibilidad, eventualmente se podría intentar. Pero nos falta la
tecnología para poder aplicarlo a plantas”, concluye Oscar Millet.
CIC bioGUNE
Desde su inauguración en enero de 2005, CIC bioGUNE se ha marcado como objetivo
convertirse en un centro de investigación en biomedicina de excelencia a nivel
internacional. Para ello, ha atraído hasta su sede en Bizkaia a investigadores de
talento procedentes de todo el mundo, y ha establecido colaboraciones con otras
instituciones científicas de referencia. En el centro se estudian enfermedades con un
fuerte impacto social como el cáncer, su prevención, su diagnóstico, y la identificación
de fármacos para terapias personalizadas.
La labor de CIC bioGUNE se enmarca en la estrategia BioBasque, promovida por el
Gobierno vasco para convertir Euskadi en una comunidad puntera en el ámbito de las
biociencias. El centro vasco ha conseguido en este sentido una estrecha colaboración
entre el sector académico y empresarial, que ha llevado a la creación de un cluster de
empresas con excelentes perspectivas en Hepatología, Cáncer, Neurociencias y
Bioinformática.
Dirigido por el profesor José M Mato, CIC bioGUNE ha puesto en funcionamiento
hasta ahora las plataformas tecnológicas de Genotipado, Proteómica, Metabolómica,
Silenciamiento Génico, y Biología Estructural, todas ellas con instalaciones y
equipamientos de primer nivel internacional.
4 Para más información: Iñaki Gorostidi (637273729 / gorostidi@guk.es)
www.cicbiogune.es